局部超挖或超载作用下桩锚支护基坑连续垮塌试验研究

作     者：程雪松 张润泽 郑刚 王若展 张勇 涂杰 马运康 CHENG Xuesong;ZHANG Runze;ZHENG Gang;WANG Ruozhan;ZHANG Yong;TU Jie;MA Yunkang

作者机构：天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072 天津大学土木工程系天津300072 天津市地下铁道集团有限公司天津300392 

出 版 物：《岩土工程学报》 (Chinese Journal of Geotechnical Engineering)

年 卷 期：2024年第46卷第10期

页      面：2078-2088页

核心收录：

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52178343) 

主　　题：模型试验 桩锚支护基坑 局部超挖 超载 连续破坏 

摘      要：超挖或超载导致的基坑垮塌事故时有发生,然而局部超挖超载情况下基坑连续垮塌的全过程演化机理仍缺乏深入研究,限制了对此类基坑事故的针对性预防和控制。依托两起基坑垮塌案例,设计了桩锚支护基坑连续破坏模型试验,研究了局部超挖或超载对单道锚杆支护结构变形、土压力、锚杆轴力、支护桩及冠梁内力等的影响。结果表明,基坑局部超挖后,基坑外产生的土拱效应和冠梁荷载传递效应将导致邻近区域支护桩和锚杆内力大幅上升,此情况下超挖区内锚杆局部失效将进一步加剧这两个效应,引发邻近未失效锚杆连续破坏。支护桩嵌固深度较小时,锚杆失效后桩身弯矩始终减小,最终由于桩顶缺少约束而发生倾覆破坏;相反,当嵌固深度较大时,被动区土体对支护桩约束作用较强,最终支护桩的弯矩绝对值将显著提高,更可能发生弯曲破坏导致基坑垮塌。基坑正常开挖深度越大,超挖及锚杆失效产生的土拱效应越强,触发锚杆连续破坏所需的初始破坏锚杆越少,抗连续破坏能力越弱,应考虑局部加强锚杆,将局部破坏限制在一定范围。基坑顶部超载量过大将导致锚杆自超载范围中心向远端依次失效,进而引发基坑垮塌。锚杆设置高度不同,触发锚杆连续破坏的超载量不同,连续破坏路径和为应对潜在的超载风险需重点验算的构件也可能不同。锚杆设置在腰梁上时,超载情况下,锚杆的荷载传递系数大于支护桩,需优先考虑对锚杆进行局部加强设计;锚杆设置冠梁上时,触发锚杆连续破坏所需的超载量较腰梁工况更大,超载情况下,支护桩的荷载传递系数大于锚杆,应优先对支护桩考虑附加荷载作用进行设计。